变频调速系统的抗干扰对策

    根据电磁性的基本原理，形成电磁干扰(EMI)需具备三要素：电磁干扰源、电磁干扰途径和对电磁干扰敏感的系统。为防止干扰，可采用硬件抗干扰和软件抗干扰。其中，硬件抗干扰是最基本和最重要的抗干扰措施，一般从“抗”和“防”两方面人手来抑制干扰，其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统干扰信号的敏感性。在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。    (1)隔离    所谓干扰的隔离，是指在电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开，使它们不发生电的联系。在变频调速传动系统中，通常是在电源和放大器电路之间电源线上采用隔离变压器避免干扰传导，电源隔离变压器应采用噪声隔离变压器。    (2)滤波    在系统线路中设置滤波器是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源。为减少电磁噪声和损耗，在变频器输出侧可设置输出滤波器；为减少对电源干扰，可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备，可在电源线上设置电源噪声滤波器。在变频器的输入和输出电路中，除了上述较低的谐波成分外，还有许多频率很高的谐波电流，它们将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对其他设备的干扰信号。滤波器就是用于削弱频率较高的谐波分量的主要手段，根据使用位置的不同，分为以下几类。    ①输入滤波器。    ·线路滤波器：主要由电感线圈构成。它通过增大线路在高频下的阻抗来削弱频率较高的谐波电流。    ·辐射滤波器：主要由高频电容器构成。它将吸收掉频率很高的、具有辐射能量的谐波成分。    ②输出滤波器。也由电感线圈构成。它可以有效地削弱输出电流中的高次谐波成分，不但起到抗干扰的作用，且能削弱电动机中由高次谐波电流引起的附加转矩。对于变频器输出端的抗干扰措施，必须注意以下方面。    ·变频器的输出端不允许接入电容器，以免在逆变管导通（关断）瞬间，产生峰值很大的充电（或放电）电流，损害逆变管。    ·当输出滤波器由LC电路构成时，滤波器内接入电容器的一侧必须与电动机侧相接。    (3)屏蔽    屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏；输出线最好用钢管屏蔽，特别是用外部信号控制变频器时，要求信号线尽可能短（一般为20m以内），且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路线(380V AC)及控制线(200V AC)完全分离，决不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。    (4)接地    正确的接地既能使系统有效地抑制外来干扰，又能降低设备本身对外界的干扰。在实际应用系统中，由于系统电源零线（中线）、地线（保护接地、系统接地）不分、控制系统屏蔽地（控制信号屏蔽地和主电路导线屏蔽地）的混乱连接，大大降低了系统的稳定性和可靠性。对于变频器，主回路端子PE (E、G)的正确接地是提高变频器抑制噪声能力和减小变频器干扰的重要手段，因此在实际应用中一定要非常重视。变频器接地导线的截面积一般应不小于2. 5mm2，长度控制在20m以内。建议变频器的接地与其他动力设备接地点分开，不能共地。    (5)采用电抗器    在变频器的输入电流中，频率较低的谐波分量（5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波等）所占的比重是很高的，它们除了可能干扰其他设备的正常运行之外，还因为它们消耗了大量的无功功率，使线路的功率因数大为下降。在输入电路内串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。根据接线位置的不同，主要有以下两种。    ①交流电抗器。串联在电源与变频器的输入侧之间。其主要功能有：    ·通过抑制谐波电流，将功率因数提高至(0. 75～0. 85)；    ·削弱输入电路中的浪涌电流对变频器的冲击；    ·削弱电源电压不平衡的影响。    ②直流电抗器。串联在整流桥和滤波电容器之间。它的功能比较单一，就是削弱输入电流中的高次谐波成分。但在提高功率因数方面比交流电抗器有效，可达0. 95，并具有结构简单、体积小等优点。    (6)合理布线    对于通过感应方式传播的干扰信号，可以通过合理布线的方式来削弱。具体方法如下。    ①设备的电源线和信号线应尽量远离变频器的输入、输出线。    ②其他设备的电源线和信号线应避免和变频器的输入、输出线平行。    通过对变频器应用过程中干扰的来源和传播途径的分析，提出了解决这些问题的实际对策，随着新技术和新理论不断在变频器上的应用，重视变频器的EMC要求，已成为变频调速传动系统设计、应用必须面对的问题，也是变频器应用和推广的关键之一。变频器存在的这些问题有望通过变频器本身的功能和补偿来解决。工业现场和社会环境对变频器的要求不断提高，人们对真正绿色变频器的期待日益强烈。